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Interaktive massiv-parallele Visualisierung großer Datenmengen aus Strömungssimulationen

Schneider, Sascha :
Interaktive massiv-parallele Visualisierung großer Datenmengen aus Strömungssimulationen.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2007)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Interaktive massiv-parallele Visualisierung großer Datenmengen aus Strömungssimulationen
Language: German
Abstract:

Heutzutage sind rechnergestützte Simulationen von physikalischen Strömungsprozessen zu einem sehr wichtigen Thema geworden. Die Einsatzgebiete der Strömungssimulation sind weit gefächert und reichen vom Gebiet der Produktentwicklung bis hin zur Sicherheitsanalyse oder auch Optimierung. Während die Simulation in der Vergangenheit mehr und mehr von der fortwährenden Parallelisierung der zur Verfügung stehenden Hardware profitieren konnte, hat die zugehörige Strömungsdatenvisualisierung in diesem Bereich noch deutliche Defizite. Das Resultat dieses Ungleichgewichtes in der Leistungsfähigkeit endet darin, dass eine Strömungs-Simulation wesentlich mehr Daten pro Zeit zu produzieren in der Lage ist, wie die zugehörige Visualisierung verarbeiten kann. Um dieses Kernproblem der Strömungsdatenvisualisierung zu bewältigen, entwickelt diese Doktorarbeit mehrere strategische Lösungskonzepte. Hierbei wird das Prinzip der Parallelisierung auf die Berechnung der Visualisierung übertragen. Dafür wird ein Konzept für ein Visualisierungssystem entwickelt, dass dazu in der Lage ist, mehrere gleichzeitig aktive Visualisierungsmethoden, seien sie technisch wissenschaftlich oder auch realitätsnah, massiv-parallel zu berechnen und darzustellen. Die Parameter der dabei verwendeten Visualisierungsmethoden sind interaktiv steuerbar, ihre Anwendung auf dedizierte Teile des Datenraumes kontrollierbar. Abgeleitet von einem abstrakten Modell einer Visualisierungsmethode und deren parallelen Repräsentation als Objekt im System, besteht ein wichtiger Kern des entwickelten Ansatzes in der Kapselung der einzelnen Visualisierungsmethoden in so genannte „Proben“: Virtuellen Einheiten, deren Position, Transparenz und Größe im Strömungsdatenraum von Nutzer frei steuerbar ist. Einzelne Module des Gesamtsystems sind durch abstrakte Schnittstellen voneinander abgekoppelt. Sie erlauben eine asynchrone und ereignisgesteuerte Berechnung der Visualisierungsalgorithmen bzw. der von ihnen generierten Darstellungsgeometrien wie beispielsweise Partikel, Volumen-Rendering oder Strömungslinien. Losgelöst von den speziellen Datenformaten der Simulationsseite, wird ein für die Visualisierung optimiertes progressives Strömungsdatenformat entwickelt. Mit seiner Hilfe wird die Kompression der Strömungsdaten und damit eine Optimierung des Datenzugriffs für die Visualisierung erreicht. Durch das massiv-parallelisierte System und das progressive Datenformat wird eine Skalierbarkeit der Visualisierung möglich. Sie erlaubt es auf unterschiedlichsten Hardwareplattformen, vom einfachen Laptop bis hin zum Multi-Core CPU/GPU Rechner zu funktionieren - jeweils angepasst an die zur Verfügung stehende Rechenleistung. So wird es möglich, große Strömungsdatenmengen auch auf verhältnismäßig leistungsschwachen Endgeräten darzustellen und zu untersuchen, um dem Ungleichgewicht in der Leistungsfähigkeit zwischen Strömungssimulation und zugehöriger Visualisierung entgegenzuwirken.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Nowadays the computer driven simulation of physical fluid processes has become an important topic. The fields of application are widely diversified, reaching from the area of product development up to safety analysis and optimization. Whereas the simulation in the past was able to benefit from the perpetual parallelization of the available hardware, the respective visualization of fluid datasets still has noticeable deficits. The result of this imbalance ends up in the situation that a fluid simulation is able to produce much more data per time interval that the corresponding visualization is able to handle. To accomplish this fundamental problem of the visualization of fluid datasets, this dissertation builds up several strategic solutions. In this context the principle of parallelization is transferred to the computation of the visualization. Therefore a concept is developed, which is able to massive-parallely process and display several concurrent visualization methods, no matter if they are of technical-scientific or realistic nature. The parameters of the herein used visualization methods are interactively steerable, their application on dedicated parts of the data space controllable. Derived from an abstract model of a visualization method and its parallel representation as an object in the system, an important point of the developed approach consists of the encapsulation of individual visualization methods in so called “probes”: Virtual units, whose position, transparency and size can be freely controlled by the user. Individual modules of the system are decoupled through abstract interfaces. This enables an asynchronous and event driven computation of the visualization algorithms, respectively the geometries produced by them, like particles, volume-rendering or streamlines. Separated from the specialized data formats of the fluid simulation, a progressive data format optimized for the visualization is developed. Using it, a compression of the fluid data can be realized, together with an optimization of the data access for the visualization. Through the massively-parallel system and the progressive data format, the scalability of the visualization is achieved. This allows the system to run on different hardware platforms, from laptops up to multi-core CPU/GPU systems – always adapted to the available computational performance. Through that it is possible to display and investigate large fluid datasets even on relatively slow machines and to overcome the imbalance in the performance between fluid simulation and the corresponding visualization.English
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Divisions: Fachbereich Informatik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:52
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000801
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-8013
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Klein, Prof. Dr. Reinhard
Advisors: Encarnção, Prof. Dr. José L.
Refereed: 24 November 2006
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/801
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